Herstellung von Kohlenwasserstoffen und Halogenderivaten. Alkane – gesättigte Kohlenwasserstoffe, ihre chemischen Eigenschaften Gewinnung gesättigter Kohlenwasserstoffe im Labor und in der Industrie

2. Aus Öl.

Öl enthält flüssige und feste gesättigte Kohlenwasserstoffe. Es enthält also: C 5 H 12, C 6 H 14 – alle Isomere.

C 7 H 16, C 8 H 18 – meist normal.

Ausgehend von C 9 H 20 - nur Kohlenwasserstoffe normaler Struktur. Die fraktionierte Destillation ermöglicht keine Isolierung einzelner Kohlenwasserstoffe, es werden nur Fraktionen abdestilliert:

Aufgrund der hohen Destillationstemperatur und insbesondere während des Crackprozesses kommt es zu einer Zersetzung unter Bildung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen mit niedrigem Molekulargewicht, die nach der Trennung in Fraktionen, die Ethan – Ethylen, Propan – Propylen, Butan – Butylen enthalten, als Rohstoffe verwendet werden.

Durch zusätzliche Fraktionierung werden engere Fraktionen isoliert: C 5 H 12 wird bei der Synthese von Amylalkoholen und darauf basierenden Estern – Lösungsmitteln und duftenden Produkten – verwendet.

Aus den Erdölfraktionen werden feste Kohlenwasserstoffe der Zusammensetzung C 16 H 34 und mehr (Paraffin und Ceresin) isoliert.

3. Hydrierung ungesättigter Kohlenwasserstoffe, die beim Cracken von Öl entstehen:

Ni, Pt, Pd, T=30-60 0 C

CH 3 -CH=CH 2 + H 2 CH 3 -CH 2 -CH 3

4. Hydrierung von Kohlenmonoxid (Orlov-Fisher-Methode):

Fe+Co, T=200 0 C

nCO + (2n+1)H 2 C n H 2n+2 + nH 2 O

5. Hydrierung von Braunkohlen (Bergius):

Fe, T=450 0 C, P=200 at

nC + (n+1)H 2 C n H 2n+2

6. Herstellung von Methan aus Kohlenstoff und seinen Oxiden:

C + 2H 2 CH 4

C + 2H 2 CH 4

CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O

7. Herstellung von Methan aus Metallkarbiden.

Kohlenwasserstoffe, deren Kohlenstoffatome durch Einfachbindungen verbunden sind, werden gesättigte oder gesättigte Kohlenwasserstoffe genannt.

allgemeine Beschreibung

Gesättigte Kohlenwasserstoffe umfassen azyklische (Alkane) und carbozyklische (Cycloalkane) Verbindungen. Sie unterscheiden sich in der räumlichen Struktur und der Anzahl der Atome.

Eine Reihe von Stoffen, die in Struktur und chemischen Eigenschaften ähnlich sind, sich jedoch in der Anzahl der Atome unterscheiden, werden als homolog bezeichnet. Stoffe, die Teil einer homologen Reihe sind, nennt man Homologe.

Alkane sind eine homologe Reihe von Methan CH4.

Cycloalkane oder Naphthene sind eine homologe Reihe von Cyclopropanen. Eine allgemeine Beschreibung gesättigter Kohlenwasserstoffe finden Sie in der Tabelle.

Verbindungen mit gleicher Atomzahl, aber unterschiedlicher Struktur nennt man Isomere. Alle Alkane, beginnend mit Butan, haben Isomere. Dem Namen wird das Präfix iso- (Isobutan, Isopentan, Isohexan) hinzugefügt. Die Formel bleibt dieselbe.

Reis. 1. Strukturformel von Butan und Isobutan.

Cycloalkane zeichnen sich durch drei Arten der Isomerie aus:

• räumlich- Lage relativ zur Ebene des Zyklus;
• Kohlenstoff- Beitritt weiterer Gruppen zur CH 2-Gruppe;
• klassenübergreifend- Bildung von Isomeren mit Alkenen.

Der Name des Stoffes ändert sich je nach hinzugefügter Gruppe. Methylcyclopropan hat beispielsweise eine zyklische Struktur in Form eines Dreiecks mit einer daran gebundenen Methylgruppe (CH 3). Der Name „1,2-Dimethylcyclopentan“ weist auf eine zyklische Struktur mit zwei daran gebundenen Methylmolekülen hin. Die Zahlen geben an, an welchen Ecken des Fünfecks das Methyl gebunden ist.

In den Ecken der Figur von Cycloalkanen befindet sich immer eine CH 2 -Gruppe, daher wird diese oft nicht aufgeschrieben, sondern einfach eingezeichnet. Die Anzahl der Winkel gibt die Anzahl der Kohlenstoffatome an. Durch einen Strich werden an den Ecken weitere Gruppen hinzugefügt.

Reis. 2. Beispiele für grafische Formeln von Cycloalkanen.

Quittung

Es gibt Industrie- und Labormethoden zur Herstellung von Alkanen. In der Industrie:

• Trennung von Öl, Gas, Kohle;
• Vergasung fester Brennstoffe: C + 2H 2 → CH 4.

Im Labor:

• Hydrolyse von Aluminiumcarbid:

  Al 4 C 3 + 12H 2 O → 4Al(OH) 3 + 3CH 4;

• Substitutionsreaktion:

  2CH 3 Cl + 2Na → CH 3 -CH 3 + 2NaCl;

• Austauschreaktion:

  CH 3 COONa + NaOH → Na 2 CO 3 + CH 4.

Cycloalkane werden durch Isolierung aus natürlichen Quellen – Öl, Gas – sowie durch Dehydrierung von Alkanen und Hydrierung von Arenen gewonnen:

• C 6 H 14 ↔ C 6 H 12 + H 2;
• C 6 H 6 + 3H 2 → C 6 H 12.

Eigenschaften

Alkane und Cycloalkane haben ähnliche chemische Eigenschaften. Dabei handelt es sich um geringaktive Substanzen, die nur unter zusätzlichen Bedingungen – Hitze, Druck – reagieren. Reaktionen gesättigter Kohlenwasserstoffe:

• Verbrennung:

  CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q;

• Substitution (z. B. Halogenierung):

  CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl;

• Beitritt:

  C6H12 + H2 → C6H14;

• Zersetzung:

  C 6 H 12 → C 6 H 6 + 3H 2 .

Reis. 3. Verbrennung von Methan.

Mit einer Erhöhung des Molekulargewichts gesättigter Kohlenwasserstoffe und damit der Anzahl der Kohlenstoffatome in homologen Reihen steigt der Siedepunkt der Stoffe. Cycloalkane sieden und schmelzen bei höheren Temperaturen als Alkane. Methan, Ethan, Propan, Butan sind Gase. Stoffe mit 5-15 Kohlenstoffatomen (von C 5 H 12 bis C 15 H 32) sind Flüssigkeiten. Stoffe mit mehr als 15 Kohlenstoffatomen befinden sich in einem festen Zustand.

Was haben wir gelernt?

Stoffe mit ähnlichen Eigenschaften – Alkane und Cycloalkane – gehören zu den gesättigten Kohlenwasserstoffen. Alkane sind Verbindungen mit linearer Molekülstruktur, Cycloalkane sind zyklische Kohlenwasserstoffe, die dreieckige, viereckige, fünfeckige Strukturen bilden. Gesättigte Kohlenwasserstoffe werden aus Mineralien sowie industriell oder im Labor gewonnen. Hierbei handelt es sich um geringaktive Substanzen, die nur unter zusätzlichen Bedingungen Substitutions-, Additions-, Verbrennungs- und Zersetzungsreaktionen eingehen.

Test zum Thema

Auswertung des Berichts

Durchschnittliche Bewertung: 4.7. Insgesamt erhaltene Bewertungen: 117.

Charakteristische chemische Eigenschaften von Kohlenwasserstoffen: Alkane, Alkene, Diene, Alkine, aromatische Kohlenwasserstoffe

Alkane

Alkane sind Kohlenwasserstoffe, in deren Molekülen die Atome durch Einfachbindungen verbunden sind und die der allgemeinen Formel $C_(n)H_(2n+2)$ entsprechen.

Homologe Reihe von Methan

Wie du bereits weißt, Homologe- Dies sind Stoffe, die in Struktur und Eigenschaften ähnlich sind und sich durch eine oder mehrere $CH_2$-Gruppen unterscheiden.

Gesättigte Kohlenwasserstoffe bilden die homologe Reihe von Methan.

Isomerie und Nomenklatur

Alkane zeichnen sich durch die sogenannte Strukturisomerie aus. Strukturisomere unterscheiden sich voneinander in der Struktur des Kohlenstoffgerüsts. Wie Sie bereits wissen, ist Butan das einfachste Alkan, das durch Strukturisomere gekennzeichnet ist:

Schauen wir uns die Grundlagen der IUPAC-Nomenklatur für Alkane genauer an:

1. Auswahl des Hauptstromkreises.

Die Namensbildung eines Kohlenwasserstoffs beginnt mit der Definition der Hauptkette – der längsten Kette von Kohlenstoffatomen im Molekül, die sozusagen seine Grundlage bildet.

2.

Den Atomen der Hauptkette werden Nummern zugeordnet. Die Nummerierung der Atome der Hauptkette beginnt an dem Ende, dem der Substituent am nächsten liegt (Strukturen A, B). Befinden sich die Substituenten in gleichem Abstand vom Kettenende, beginnt die Nummerierung an dem Ende, an dem sich mehr davon befinden (Struktur B). Befinden sich unterschiedliche Substituenten in gleichem Abstand von den Enden der Kette, beginnt die Nummerierung an dem Ende, dem der ältere Substituent am nächsten liegt (Struktur D). Старшинство углеводородных заместителей определяется по тому, в каком порядке следует в алфавите буква, с которой начинается их название: метил (—$СН_3$), затем пропил ($—СН_2—СН_2—СН_3$), этил ($—СН_2—СН_3$ ) usw.

Bitte beachten Sie, dass der Name des Substituenten durch Ersetzen des Suffixes gebildet wird -ein anhängen -il im Namen des entsprechenden Alkans.

3. Bildung des Namens.

Am Anfang des Namens stehen Zahlen – die Nummern der Kohlenstoffatome, an denen sich die Substituenten befinden. Wenn an einem bestimmten Atom mehrere Substituenten vorhanden sind, wird die entsprechende Zahl im Namen zweimal durch ein Komma getrennt wiederholt ($2,2-$). Nach der Zahl wird die Zahl der Substituenten mit einem Bindestrich angegeben ( di- zwei, drei- drei, Tetra- vier, Penta- fünf) und der Name des Stellvertreters ( Methyl, Ethyl, Propyl). Dann, ohne Leerzeichen oder Bindestriche, der Name der Hauptkette. Die Hauptkette wird als Kohlenwasserstoff bezeichnet – ein Mitglied der homologen Reihe von Methan ( Methan, Ethan, Propan usw.).

Die Namen der Stoffe, deren Strukturformeln oben angegeben sind, lauten wie folgt:

— Struktur A: $2$ -Methylpropan;

— Struktur B: $3$ -Ethylhexan;

— Struktur B: $2,2,4$ -Trimethylpentan;

— Struktur G: $2$ -Methyl$4$-Ethylhexan.

Physikalische und chemische Eigenschaften von Alkanen

Physikalische Eigenschaften. Die ersten vier Vertreter der homologen Reihe von Methan sind Gase. Das einfachste davon ist Methan, ein farb-, geschmacks- und geruchloses Gas (der Geruch von Gas, wenn man es wahrnimmt, muss man 104 $ nennen, wird durch den Geruch von Mercaptanen bestimmt – schwefelhaltige Verbindungen, die speziell dem verwendeten Methan zugesetzt werden Haushalts- und Industriegasgeräte, damit Personen, die sich in der Nähe befinden, das Leck anhand des Geruchs erkennen können.

Kohlenwasserstoffe mit einer Zusammensetzung von $С_5Н_(12)$ bis $С_(15)Н_(32)$ sind Flüssigkeiten; schwerere Kohlenwasserstoffe sind Feststoffe.

Die Siede- und Schmelzpunkte von Alkanen steigen mit zunehmender Länge der Kohlenstoffkette allmählich an. Alle Kohlenwasserstoffe sind in Wasser schlecht löslich; flüssige Kohlenwasserstoffe sind übliche organische Lösungsmittel.

Chemische Eigenschaften.

1. Substitutionsreaktionen. Die charakteristischsten Reaktionen für Alkane sind Substitutionsreaktionen freier Radikale, bei denen ein Wasserstoffatom durch ein Halogenatom oder eine Gruppe ersetzt wird.

Lassen Sie uns die Gleichungen der charakteristischsten Reaktionen präsentieren.

Halogenierung:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.

Bei überschüssigem Halogen kann die Chlorierung weitergehen, bis hin zum vollständigen Ersatz aller Wasserstoffatome durch Chlor:

$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\text"Dichlormethan (Methylenchlorid)")$,

$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\text"Trichlormethan(Chloroform)")$,

$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\text"Tetrachlorkohlenstoff(Tetrachlorkohlenstoff)")$.

Die dabei entstehenden Stoffe werden häufig als Lösungsmittel und Ausgangsstoffe in organischen Synthesen verwendet.

2. Dehydrierung (Abspaltung von Wasserstoff). Wenn Alkane bei hohen Temperaturen (400–600 °C) über einen Katalysator ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) geleitet werden, wird ein Wasserstoffmolekül abgespalten und ein Alken gebildet:

$CH_3 – CH_3→CH_2=CH_2+H_2$

3. Reaktionen, die mit der Zerstörung der Kohlenstoffkette einhergehen. Alle gesättigten Kohlenwasserstoffe brennen unter Bildung von Kohlendioxid und Wasser. Gasförmige Kohlenwasserstoffe, die in bestimmten Anteilen mit Luft vermischt sind, können explodieren. Die Verbrennung gesättigter Kohlenwasserstoffe ist eine exotherme Reaktion freier Radikale, die bei der Verwendung von Alkanen als Brennstoff von großer Bedeutung ist:

$СН_4+2О_2→СО_2+2Н_2O+880 kJ.$

Im Allgemeinen kann die Verbrennungsreaktion von Alkanen wie folgt geschrieben werden:

$C_(n)H_(2n+2)+((3n+1)/(2))O_2→nCO_2+(n+1)H_2O$

Thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffen:

$C_(n)H_(2n+2)(→)↖(400-500°C)C_(n-k)H_(2(n-k)+2)+C_(k)H_(2k)$

Der Prozess erfolgt über einen Mechanismus freier Radikale. Eine Temperaturerhöhung führt zur homolytischen Spaltung der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung und zur Bildung freier Radikale:

$R – CH_2CH_2:CH_2 – R→R – CH_2CH_2·+·CH_2 – R$.

Diese Radikale interagieren miteinander und tauschen ein Wasserstoffatom aus, um ein Alkanmolekül und ein Alkenmolekül zu bilden:

$R – CH_2CH_2·+·CH_2 – R→R – CH=CH_2+CH_3 – R$.

Dem industriellen Prozess der Kohlenwasserstoffspaltung liegen thermische Zersetzungsreaktionen zugrunde. Dieser Prozess ist der wichtigste Schritt der Ölraffinierung.

Wenn Methan auf eine Temperatur von 1000 °C erhitzt wird, beginnt die Pyrolyse von Methan – die Zersetzung in einfache Substanzen:

$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$

Beim Erhitzen auf eine Temperatur von 1500 °C ist die Bildung von Acetylen möglich:

$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$

4. Isomerisierung. Beim Erhitzen linearer Kohlenwasserstoffe mit einem Isomerisierungskatalysator (Aluminiumchlorid) entstehen Stoffe mit verzweigtem Kohlenstoffgerüst:

5. Aromatisierung. Alkane mit sechs oder mehr Kohlenstoffatomen in der Kette cyclisieren in Gegenwart eines Katalysators zu Benzol und seinen Derivaten:

Was ist der Grund dafür, dass Alkane radikalische Reaktionen eingehen? Alle Kohlenstoffatome in Alkanmolekülen befinden sich in einem Zustand der $sp^3$-Hybridisierung. Die Moleküle dieser Substanzen werden aus kovalenten unpolaren $C-C$-Bindungen (Kohlenstoff-Kohlenstoff) und schwach polaren $C-H$-Bindungen (Kohlenstoff-Wasserstoff) aufgebaut. Sie enthalten keine Bereiche mit erhöhter oder verringerter Elektronendichte oder leicht polarisierbaren Bindungen, d. h. Bei solchen Bindungen kann sich die Elektronendichte unter dem Einfluss äußerer Faktoren (elektrostatische Ionenfelder) verschieben. Folglich reagieren Alkane nicht mit geladenen Teilchen, weil Bindungen in Alkanmolekülen werden durch den heterolytischen Mechanismus nicht aufgebrochen.

Alkene

Ungesättigt sind Kohlenwasserstoffe, die in ihren Molekülen mehrere Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen enthalten. Unbegrenzt sind Alkene, Alkadiene (Polyene), Alkine. Auch zyklische Kohlenwasserstoffe mit einer Doppelbindung im Ring (Cycloalkene) sowie Cycloalkane mit wenigen Kohlenstoffatomen im Ring (drei oder vier Atome) haben einen ungesättigten Charakter. Die Eigenschaft der Ungesättigtheit ist mit der Fähigkeit dieser Stoffe verbunden, Additionsreaktionen, vor allem Wasserstoff, unter Bildung gesättigter oder gesättigter Kohlenwasserstoffe – Alkane – einzugehen.

Alkene sind azyklische Kohlenwasserstoffe, die im Molekül neben Einfachbindungen eine Doppelbindung zwischen Kohlenstoffatomen enthalten und der allgemeinen Formel $C_(n)H_(2n)$ entsprechen.

Sein zweiter Name ist Olefine- Alkene wurden in Analogie zu ungesättigten Fettsäuren (Ölsäure, Linolsäure) gewonnen, deren Reste Bestandteil flüssiger Fette sind - Öle (von lat. Oleum- Öl).

Homologe Reihe von Ethen

Unverzweigte Alkene bilden die homologe Reihe des Ethens (Ethylen):

$С_2Н_4$ - Ethen, $С_3Н_6$ - Propen, $С_4Н_8$ - Buten, $С_5Н_(10)$ - Penten, $С_6Н_(12)$ - Hexen usw.

Isomerie und Nomenklatur

Alkene zeichnen sich wie Alkane durch Strukturisomerie aus. Strukturisomere unterscheiden sich voneinander in der Struktur des Kohlenstoffgerüsts. Das einfachste Alken, das durch Strukturisomere gekennzeichnet ist, ist Buten:

Eine Sonderform der Strukturisomerie ist die Positionsisomerie der Doppelbindung:

$CH_3 – (CH_2)↙(Buten-1) – CH=CH_2$ $CH_3 – (CH=CH)↙(Buten-2) – CH_3$

Um eine einzelne Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung ist eine nahezu freie Rotation der Kohlenstoffatome möglich, sodass Alkanmoleküle eine große Vielfalt an Formen annehmen können. Eine Drehung um die Doppelbindung ist unmöglich, was zum Auftreten einer anderen Art von Isomerie bei Alkenen führt – der geometrischen oder cis-trans-Isomerie.

Cis- Isomere unterscheiden sich von Trance- Isomere durch die räumliche Anordnung von Molekülfragmenten (in diesem Fall Methylgruppen) relativ zur Ebene der $π$-Bindung und folglich durch ihre Eigenschaften.

Alkene sind isomer zu Cycloalkanen (Interklassenisomerie), zum Beispiel:

Die IUPAC-Nomenklatur für Alkene ähnelt der für Alkane.

1. Auswahl des Hauptstromkreises.

Die Benennung eines Kohlenwasserstoffs beginnt mit der Identifizierung der Hauptkette – der längsten Kette von Kohlenstoffatomen im Molekül. Bei Alkenen muss die Hauptkette eine Doppelbindung enthalten.

2. Nummerierung der Hauptkettenatome.

Die Nummerierung der Atome der Hauptkette beginnt an dem Ende, dem die Doppelbindung am nächsten liegt. Der korrekte Verbindungsname lautet beispielsweise:

$5$-Methylhexen-$2$, nicht $2$-Methylhexen-$4$, wie man erwarten könnte.

Wenn die Position der Doppelbindung den Beginn der Nummerierung der Atome in der Kette nicht bestimmen kann, wird sie wie bei gesättigten Kohlenwasserstoffen durch die Position der Substituenten bestimmt.

3. Bildung des Namens.

Die Namen von Alkenen werden auf die gleiche Weise gebildet wie die Namen von Alkanen. Geben Sie am Ende des Namens die Nummer des Kohlenstoffatoms an, an dem die Doppelbindung beginnt, und ein Suffix, das angibt, dass die Verbindung zur Klasse der Alkene gehört – -en.

Zum Beispiel:

Physikalische und chemische Eigenschaften von Alkenen

Physikalische Eigenschaften. Die ersten drei Vertreter der homologen Alkenreihe sind Gase; Stoffe der Zusammensetzung $С_5Н_(10)$ - $С_(16)Н_(32)$ - Flüssigkeiten; Höhere Alkene sind Feststoffe.

Siede- und Schmelzpunkte steigen natürlicherweise mit steigendem Molekulargewicht der Verbindungen.

Chemische Eigenschaften.

Additionsreaktionen. Erinnern wir uns daran, dass ein charakteristisches Merkmal von Vertretern ungesättigter Kohlenwasserstoffe – Alkene – die Fähigkeit ist, Additionsreaktionen einzugehen. Die meisten dieser Reaktionen verlaufen nach dem Mechanismus

1. Hydrierung von Alkenen. Alkene sind in der Lage, in Gegenwart von Hydrierungskatalysatoren Wasserstoff zu addieren, Metalle - Platin, Palladium, Nickel:

$CH_3 – CH_2 – CH=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3 – CH_2 – CH_2 – CH_3$.

Diese Reaktion findet bei atmosphärischem und erhöhtem Druck statt und erfordert keine hohe Temperatur, weil ist exotherm. Wenn die Temperatur steigt, können dieselben Katalysatoren eine Rückreaktion auslösen – die Dehydrierung.

2. Halogenierung (Anlagerung von Halogenen). Die Wechselwirkung eines Alkens mit Bromwasser oder einer Lösung von Brom in einem organischen Lösungsmittel ($CCl_4$) führt zu einer schnellen Verfärbung dieser Lösungen infolge der Addition eines Halogenmoleküls an das Alken und der Bildung von Dihalogenalkanen:

$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br – CH_2Br$.

3.

$CH_3-(CH)↙(Propen)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-Brompropen)-CH_3$

Diese Reaktion gehorcht Markownikows Regel:

Wenn ein Halogenwasserstoff an ein Alken addiert wird, wird der Wasserstoff an das stärker hydrierte Kohlenstoffatom addiert, d. h. das Atom, an dem sich mehr Wasserstoffatome befinden, und das Halogen an das weniger hydrierte.

Die Hydratisierung von Alkenen führt zur Bildung von Alkoholen. Die Zugabe von Wasser zu Ethen liegt beispielsweise einer der industriellen Methoden zur Herstellung von Ethylalkohol zugrunde:

$(CH_2)↙(Ethen)=CH_2+H_2O(→)↖(t,H_3PO_4)CH_3-(CH_2OH)↙(Ethanol)$

Beachten Sie, dass ein primärer Alkohol (mit einer Hydroxogruppe am primären Kohlenstoff) nur gebildet wird, wenn Ethen hydratisiert wird. Bei der Hydratisierung von Propen oder anderen Alkenen entstehen sekundäre Alkohole.

Auch diese Reaktion verläuft nach der Regel von Markownikow: Ein Wasserstoffkation bindet an ein stärker hydriertes Kohlenstoffatom und eine Hydroxogruppe an ein weniger hydriertes Kohlenstoffatom.

5. Polymerisation. Ein Sonderfall der Addition ist die Polymerisationsreaktion von Alkenen:

$nCH_2(=)↙(Ethen)CH_2(→)↖(UV-Licht, R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(Polyethylen)...)_n$

Diese Additionsreaktion erfolgt über einen Mechanismus freier Radikale.

6. Oxidationsreaktion.

Wie alle organischen Verbindungen verbrennen Alkene in Sauerstoff zu $СО_2$ und $Н_2О$:

$СН_2=СН_2+3О_2→2СО_2+2Н_2О$.

Allgemein:

$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$

Im Gegensatz zu Alkanen, die in Lösungen resistent gegen Oxidation sind, werden Alkene leicht durch Kaliumpermanganatlösungen oxidiert. In neutralen oder alkalischen Lösungen werden Alkene zu Diolen (zweiwertigen Alkoholen) oxidiert und an die Atome, zwischen denen vor der Oxidation eine Doppelbindung bestand, werden Hydroxylgruppen angehängt:

Alkadiene (Dienkohlenwasserstoffe)

Alkadiene sind azyklische Kohlenwasserstoffe, die im Molekül neben Einfachbindungen zwei Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffatomen enthalten und der allgemeinen Formel $C_(n)H_(2n-2)$ entsprechen.

Abhängig von der relativen Anordnung der Doppelbindungen werden drei Arten von Dienen unterschieden:

- Alkadiene mit kumuliert Anordnung der Doppelbindungen:

- Alkadiene mit konjugiert Doppelbindungen;

$CH_2=CH—CH=CH_2$;

- Alkadiene mit isoliert Doppelbindungen

$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.

Diese drei Arten von Alkadienen unterscheiden sich in Struktur und Eigenschaften erheblich voneinander. Das zentrale Kohlenstoffatom (das Atom, das zwei Doppelbindungen bildet) in Alkadienen mit kumulierten Bindungen befindet sich im Zustand der $sp$-Hybridisierung. Es bildet zwei $σ$-Bindungen, die auf derselben Linie liegen und in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind, und zwei $π$-Bindungen, die in senkrechten Ebenen liegen. $π$-Bindungen werden aufgrund der nichthybridisierten p-Orbitale jedes Kohlenstoffatoms gebildet. Die Eigenschaften von Alkadienen mit isolierten Doppelbindungen sind sehr spezifisch, weil konjugierte $π$-Bindungen beeinflussen sich gegenseitig erheblich.

p-Orbitale, die konjugierte $π$-Bindungen bilden, bilden praktisch ein einziges System (es wird als $π$-System bezeichnet), weil p-Orbitale benachbarter $π$-Bindungen überlappen teilweise.

Isomerie und Nomenklatur

Alkadiene zeichnen sich sowohl durch Strukturisomerie als auch durch cis- und trans-Isomerie aus.

Strukturisomerie.

— Isomerie des Kohlenstoffgerüsts:

— Isomerie der Position von Mehrfachbindungen:

$(CH_2=CH—CH=CH_2)↙(Butadien-1,3)$ $(CH_2=C=CH—CH_3)↙(Butadien-1,2)$

Cis-, Trans- Isomerie (räumlich und geometrisch)

Zum Beispiel:

Alkadiene sind isomere Verbindungen aus den Klassen der Alkine und Cycloalkene.

Bei der Namensbildung eines Alkadiens wird die Anzahl der Doppelbindungen angegeben. Die Hauptkette muss unbedingt zwei Mehrfachbindungen enthalten.

Zum Beispiel:

Physikalische und chemische Eigenschaften von Alkadienen

Physikalische Eigenschaften.

Unter normalen Bedingungen sind Propandien-1,2 und Butadien-1,3 Gase, 2-Methylbutadien-1,3 ist eine flüchtige Flüssigkeit. Alkadiene mit isolierten Doppelbindungen (das einfachste davon ist Pentadien-1,4) sind Flüssigkeiten. Höhere Diene sind Feststoffe.

Chemische Eigenschaften.

Die chemischen Eigenschaften von Alkadienen mit isolierten Doppelbindungen unterscheiden sich kaum von den Eigenschaften von Alkenen. Alkadiene mit konjugierten Bindungen weisen einige Besonderheiten auf.

1. Additionsreaktionen. Alkadiene sind in der Lage, Wasserstoff, Halogene und Halogenwasserstoffe zu addieren.

Eine Besonderheit der Addition an Alkadiene mit konjugierten Bindungen ist die Möglichkeit, Moleküle sowohl in den Positionen 1 und 2 als auch in den Positionen 1 und 4 zu addieren.

Das Verhältnis der Produkte hängt von den Bedingungen und der Art und Weise der Durchführung der entsprechenden Reaktionen ab.

2.Polymerisationsreaktion. Die wichtigste Eigenschaft von Dienen ist die Fähigkeit, unter dem Einfluss von Kationen oder freien Radikalen zu polymerisieren. Die Polymerisation dieser Verbindungen ist die Grundlage synthetischer Kautschuke:

$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(Butadien-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\text"synthetischer Butadienkautschuk")$ .

Die Polymerisation konjugierter Diene verläuft als 1,4-Addition.

In diesem Fall erweist sich die Doppelbindung als zentral in der Einheit und die Elementareinheit kann wiederum beide annehmen cis-, so und Trance- Aufbau

Alkine

Alkine sind azyklische Kohlenwasserstoffe, die im Molekül neben Einfachbindungen auch eine Dreifachbindung zwischen Kohlenstoffatomen enthalten und der allgemeinen Formel $C_(n)H_(2n-2)$ entsprechen.

Homologe Reihe von Ethin

Geradkettige Alkine bilden die homologe Reihe von Ethin (Acetylen):

$С_2Н_2$ - Ethin, $С_3Н_4$ - Propin, $С_4Н_6$ - Butin, $С_5Н_8$ - Pentin, $С_6Н_(10)$ - Hexin usw.

Isomerie und Nomenklatur

Alkine zeichnen sich wie Alkene durch Strukturisomerie aus: Isomerie des Kohlenstoffgerüsts und Isomerie der Position der Mehrfachbindung. Das einfachste Alkin, das durch Strukturisomere der Mehrfachbindungsposition der Alkinklasse gekennzeichnet ist, ist Butin:

$СН_3 – (СН_2)↙(Butin-1) – С≡СН$ $СН_3 – (С≡С)↙(Butin-2) – СН_3$

Eine Isomerie des Kohlenstoffgerüsts in Alkinen ist möglich, beginnend mit Pentin:

Da eine Dreifachbindung eine lineare Struktur der Kohlenstoffkette voraussetzt, sind geometrische ( cis-, trans-) Isomerie ist für Alkine unmöglich.

Das Vorhandensein einer Dreifachbindung in Kohlenwasserstoffmolekülen dieser Klasse wird durch das Suffix widergespiegelt -In, und seine Position in der Kette ist die Nummer des Kohlenstoffatoms.

Zum Beispiel:

Verbindungen einiger anderer Klassen sind isomer zu Alkinen. Somit besteht die chemische Formel $C_6H_(10)$ aus Hexin (Alkin), Hexadien (Alkadien) und Cyclohexen (Cycloalken):

Physikalische und chemische Eigenschaften von Alkinen

Physikalische Eigenschaften. Die Siede- und Schmelzpunkte von Alkinen und Alkenen steigen natürlicherweise mit zunehmendem Molekulargewicht der Verbindungen.

Alkine haben einen spezifischen Geruch. Sie sind in Wasser löslicher als Alkane und Alkene.

Chemische Eigenschaften.

Additionsreaktionen. Alkine sind ungesättigte Verbindungen und gehen Additionsreaktionen ein. Hauptsächlich Reaktionen elektrophile Addition.

1. Halogenierung (Anlagerung eines Halogenmoleküls). Ein Alkin ist in der Lage, zwei Halogenmoleküle (Chlor, Brom) zu binden:

$CH≡CH+Br_2→(CHBr=CHBr)↙(1,2-Dibromethan),$

$CHBr=CHBr+Br_2→(CHBr_2-CHBr_2)↙(1,1,2,2-Tetrabromethan)$

2. Hydrohalogenierung (Zugabe von Halogenwasserstoff). Die Additionsreaktion eines Halogenwasserstoffs, die über einen elektrophilen Mechanismus abläuft, verläuft ebenfalls in zwei Stufen, und in beiden Stufen ist die Markownikow-Regel erfüllt:

$CH_3-C≡CH+Br→(CH_3-CBr=CH_2)↙(2-Brompropen),$

$CH_3-CBr=CH_2+HBr→(CH_3-CHBr_2-CH_3)↙(2,2-Dibrompropan)$

3. Hydratation (Zugabe von Wasser). Von großer Bedeutung für die industrielle Synthese von Ketonen und Aldehyden ist die sogenannte Wasseranlagerungsreaktion (Hydratation). Kucherovs Reaktion:

4. Hydrierung von Alkinen. Alkine addieren Wasserstoff in Gegenwart von Metallkatalysatoren ($Pt, Pd, Ni$):

$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$

$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$

Da die Dreifachbindung zwei reaktive $π$-Bindungen enthält, addieren Alkane schrittweise Wasserstoff:

1) Trimerisierung.

Wenn Ethin über Aktivkohle geleitet wird, entsteht ein Produktgemisch, darunter Benzol:

2) Dimerisierung.

Neben der Trimerisierung von Acetylen ist auch dessen Dimerisierung möglich. Unter dem Einfluss einwertiger Kupfersalze entsteht Vinylacetylen:

$2HC≡CH→(HC≡C-CH=CH_2)↙(\text"Buten-1-in-3(vinylacetylen)")$

Dieser Stoff wird zur Herstellung von Chloropren verwendet:

$HC≡C-CH=CH_2+HCl(→)↖(CaCl)H_2C=(CCl-CH)↙(Chloropren)=CH_2$

Durch Polymerisation wird Chloroprenkautschuk erhalten:

$nH_2C=CCl-CH=CH_2→(...-H_2C-CCl=CH-CH_2-...)_n$

Oxidation von Alkinen.

Ethin (Acetylen) verbrennt in Sauerstoff und setzt dabei sehr viel Wärme frei:

$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ Auf dieser Reaktion basiert die Wirkungsweise eines Sauerstoff-Acetylen-Brenners, dessen Flamme eine sehr hohe Temperatur (über $3000°C$) aufweist, was den Einsatz zum Schneiden ermöglicht und Schweißen von Metallen.

In der Luft verbrennt Acetylen mit einer rauchigen Flamme, weil Der Kohlenstoffgehalt in seinem Molekül ist höher als in den Molekülen von Ethan und Ethen.

Alkine verfärben wie Alkene angesäuerte Lösungen von Kaliumpermanganat; In diesem Fall wird die Mehrfachbindung zerstört.

Reaktionen, die die wichtigsten Methoden zur Herstellung sauerstoffhaltiger Verbindungen charakterisieren

1. Hydrolyse von Haloalkanen. Sie wissen bereits, dass die Bildung von Halogenalkanen bei der Reaktion von Alkoholen mit Halogenwasserstoffen eine reversible Reaktion ist. Daher ist es klar, dass Alkohole durch gewonnen werden können Hydrolyse von Halogenalkanen- Reaktionen dieser Verbindungen mit Wasser:

$R-Cl+NaOH(→)↖(H_2O)R-OH+NaCl+H_2O$

Mehrwertige Alkohole können durch Hydrolyse von Halogenalkanen erhalten werden, die mehr als ein Halogenatom pro Molekül enthalten. Zum Beispiel:

2. Hydratisierung von Alkenen– Anlagerung von Wasser über die $π$-Bindung eines Alkenmoleküls – ist Ihnen bereits bekannt, zum Beispiel:

$(CH_2=CH_2)↙(Ethen)+H_2O(→)↖(H^(+))(C_2H_5OH)↙(Ethanol)$

Die Hydratisierung von Propen führt gemäß der Markownikow-Regel zur Bildung eines sekundären Alkohols – Propanol-2:

3. Hydrierung von Aldehyden und Ketonen. Sie wissen bereits, dass die Oxidation von Alkoholen unter milden Bedingungen zur Bildung von Aldehyden oder Ketonen führt. Es ist offensichtlich, dass Alkohole durch Hydrierung (Reduktion mit Wasserstoff, Anlagerung von Wasserstoff) von Aldehyden und Ketonen gewonnen werden können:

4. Oxidation von Alkenen. Glykole können, wie bereits erwähnt, durch Oxidation von Alkenen mit einer wässrigen Lösung von Kaliumpermanganat gewonnen werden. Beispielsweise entsteht Ethylenglykol (Ethandiol-1,2) durch die Oxidation von Ethylen (Ethen):

$CH_2=CH_2+[O]+H_2O(→)↖(KMnO_4)HO-CH_2-CH_2-OH$

5. Spezifische Methoden zur Herstellung von Alkoholen. Einige Alkohole werden mit für sie einzigartigen Methoden gewonnen. So wird Methanol industriell durch die Wechselwirkung von Wasserstoff mit Kohlenmonoxid (II) (Kohlenmonoxid) bei erhöhtem Druck und hoher Temperatur an der Oberfläche eines Katalysators (Zinkoxid) hergestellt:

$CO+2H_2(→)↖(t,p,ZnO)CH_3-OH$

Das für diese Reaktion benötigte Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, auch Synthesegas ($CO + nH_2O$) genannt, wird durch Überleiten von Wasserdampf über heiße Kohle gewonnen:

$C+H_2O(→)↖(t)CO+H_2-Q$

6. Fermentation von Glukose. Diese Methode zur Herstellung von Ethylalkohol (Weinalkohol) ist dem Menschen seit der Antike bekannt:

$(C_6H_(12)O_6)↙(Glucose)(→)↖(Hefe)2C_2H_5OH+2CO_2$

Methoden zur Herstellung von Aldehyden und Ketonen

Es können Aldehyde und Ketone hergestellt werden Oxidation oder Dehydrierung von Alkoholen. Beachten wir noch einmal, dass durch Oxidation oder Dehydrierung von primären Alkoholen Aldehyde und von sekundären Alkoholen Ketone entstehen können:

Kucherovs Reaktion. Durch die Hydratationsreaktion entsteht aus Acetylen Acetaldehyd und aus Acetylenhomologen werden Ketone gewonnen:

Beim Erhitzen Kalzium oder Bariumsalze Carbonsäuren bilden ein Keton und ein Metallcarbonat:

Methoden zur Herstellung von Carbonsäuren

Carbonsäuren können durch Oxidation primärer Aldehydalkohole hergestellt werden:

Aromatische Carbonsäuren entstehen durch Oxidation von Benzolhomologen:

Auch bei der Hydrolyse verschiedener Carbonsäurederivate entstehen Säuren. Somit entstehen bei der Hydrolyse eines Esters ein Alkohol und eine Carbonsäure. Wie oben erwähnt, sind säurekatalysierte Veresterungs- und Hydrolysereaktionen reversibel:

Die Hydrolyse des Esters unter dem Einfluss einer wässrigen Alkalilösung verläuft irreversibel; in diesem Fall entsteht aus dem Ester keine Säure, sondern deren Salz.

Gewinnung von Butadien-1,3 (Divinyl)

Butadien-1,3 CH 2 =CH-CH-CH 2 ist das Hauptmonomer für die Herstellung synthetischer Kautschuke.

Die von S.V. Lebedev entwickelte Synthese von Butadien-1,3 aus Ethanol war das erste industrielle Verfahren zur Herstellung des Monomers, auf dessen Grundlage 1932 erstmals weltweit eine Anlage zur Herstellung von Synthesekautschuk in Betrieb genommen wurde .

Die Gesamtreaktionsgleichung kann geschrieben werden als:

2C 2 H 5 OH ® C 4 H 6 + H 2 + 2H 2 O, ΔH = 85 kJ

Die Gleichung zeigt, dass die Gesamtreaktion eine Kombination aus Kondensation, Dehydrierung und Dehydratisierung ist. Der von Lebedev vorgeschlagene bifunktionelle Oxidkatalysator, der dehydrierende und dehydratisierende Komponenten enthält, erfüllt diese Anforderungen. Mittlerweile hat die Methode jedoch ihre praktische Bedeutung verloren. Der grundlegende Nachteil der Methode ist ihre geringe Selektivität (selbst die theoretische Ausbeute an Divinyl aus 100 % Ethanol beträgt 58,7 %).

Derzeit ist die Dehydrierung die wichtigste Methode zur Synthese von Divinyl N-aus Erdgas isoliertes Butan und komplexe Verarbeitung von Butan-Butylen-Fraktionen aus der Pyrolyse von Erdölprodukten, einschließlich Butadienextraktion, Isobutylentrennung und Dehydrierung N-Butylene zu Butadien.

Bei der Dehydrierung von Butan spielen thermodynamische Einschränkungen eine wesentliche Rolle, wodurch es unter normalen Bedingungen und nur mit Hilfe spezieller Techniken (Einsatz von) nahezu unmöglich ist, 1,3-Butadien in einer Stufe mit technisch akzeptabler Ausbeute zu gewinnen Vakuum, oxidative Dehydrierung) kann die Ausbeute auf das erforderliche Niveau gesteigert werden.

Die meisten Industrieanlagen zur Herstellung von Divinyl aus Butan arbeiten nach einem zweistufigen Schema. Die erste Stufe der Butandehydrierung besteht in der Umwandlung in Butylen, die zweite in der Herstellung von Divinyl aus Butylen.

Die Dehydrierung von Butan zu Butylen an einem mit Chromoxid geförderten Katalysator auf Aluminiumoxid erfolgt durch die Reaktion

C 4 H 10 ® C 4 H 8 + H 2, ΔH = 131 kJ

Zusammensetzung......Al 2 O 3 Fe 2 O 3 Cr 2 O 3 SiO 2 KNO 3 CaO H 2 O

Massenanteil, % 66,10 1,72 15,8 7,9 4,93 0,14 3,34

Bei der Dehydrierung von Butan wird der Katalysator mit Kohlenstoffablagerungen bedeckt und verändert seine chemische Zusammensetzung. In diesem Fall nimmt die Aktivität des Katalysators stark ab. Zur Reaktivierung wird der Katalysator kontinuierlich aus dem Reaktor entnommen und in einem Luftstrom in einem Wirbelschichtregenerator befeuert. Dabei brennen Kohlenstoffverbindungen aus und niedere Chromoxide werden zu Cr 2 Oz oxidiert. Das technologische Diagramm der Butan-Dehydrierungsanlage ist in Abb. dargestellt. 1.

Butan gelangt in flüssiger Form in den Trockner. 1 , gefüllt mit Adsorbens (A1 2 O 3, Zeolithe) und dann in den Verdampfer 2. Die entstehenden Dämpfe werden in einem Röhrenofen erhitzt 3 auf eine Temperatur von 780-820 K und gelangt unter das Reaktorverteilergitter 4 zur Dehydrierung. Die für den Ablauf der Reaktion erforderliche Wärmemenge wird mit dem Strom des erhitzten regenerierten Katalysators aus dem Regenerator 5 geliefert. Die Temperatur im Regenerator beträgt 890–920 K. Der regenerierte Katalysator wird dem oberen Verteilungsgitter und damit dem Katalysator zugeführt und Reaktionsgase bewegen sich im Gegenstrom. Im oberen Teil befindet sich eine Spule zum Abschrecken von Reaktionsgasen. Dadurch sinkt die Temperatur der Gase schnell auf 720-750 K und ihre weitere Zersetzung wird verhindert.

Der Katalysator wird durch einen Luftstrom zum Regenerator und durch den Dampf des ursprünglichen Kohlenwasserstoffs oder Stickstoffs zum Reaktor transportiert. Kontaktgas aus dem Reaktor wird zum Rückgewinnungskessel geleitet 6 um Sekundärdampf zu erzeugen und dann den Katalysatorstaub aufzufangen und weiter abzukühlen – in den mit Wasser bewässerten Wäscher 7. Rauchgase aus dem Regenerator werden in einem Elektrofilter vom Katalysatorstaub befreit 8, Anschließend passieren sie einen Gaswäscher und werden in die Atmosphäre abgegeben.

Um Verluste auszugleichen und die Aktivität aufrechtzuerhalten, wird dem im System zirkulierenden Katalysator täglich ein frischer Katalysator hinzugefügt. Das gereinigte Kontaktgas gelangt in den Turbolader 9, dessen Austrittsdruck etwa 0,5 MPa beträgt, und dann in das Kondensationssystem 10, wobei Wasser und siedendes Propan nacheinander als Kältemittel verwendet werden. Das nicht kondensierte Produkt wird dem Absorber zugeführt 11 . Die Absorption erfolgt durch ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen C 6 -C 12. Gelöstes Butylen wird in einem Stripper abdestilliert 12 und Mischungen mit einem verflüssigten Produkt aus dem Kondensator 10 gelangt in das Destillationskolonnensystem 13 Und 14. In den Kolonnen werden niedrig- und hochsiedende Verunreinigungen aus dem Dehydrierungsprodukt abdestilliert (letztere werden dem umlaufenden Absorptionsmittel zum Ausgleich von Verlusten zugesetzt). Die Produkte der Butan-Dehydrierung werden einer extraktiven Rektifikationseinheit zugeführt 15 um die Butylenfraktion zu isolieren.

Die Dehydrierung von Butylen zu Divinyl erfolgt bei
Calciumchromphosphat-Katalysator für die Reaktion
C 4 H 8 ® C 4 H 8 + H 2, ΔH = 119 kJ.

Das technologische Ablaufdiagramm der Butylen-Dehydrierung ist in Abb. 2 dargestellt.

CHLORIERUNG VON PARAFFINEN UND IHREN HALOGENDERIVATEN

In der Industrie wird die thermische Chlorierung in der Gasphase bei der Temperatur durchgeführt, die zur Aktivierung von Chlormolekülen erforderlich ist, wodurch eine radikalische Kettenreaktion entsteht: C1 2 ® C1× + C1×

RH + С1× ® R + HCl

R + Cl 2 ® RCl + C1× usw.

Die Reaktion des Ersetzens von Wasserstoffatomen durch Chloratome führt zu
zur Bildung eines Gemisches aus mono-, di- und polychlorierten Produkten und zur Freisetzung von Chlorwasserstoff.

Die vorherrschende Bildung des einen oder anderen Produkts wird durch die Reaktionsbedingungen bestimmt; Temperaturregime und molekulares Verhältnis von Kohlenwasserstoff und Chlor (Abb. 3).

Die Methanchlorierung erfolgt in einem Chlorator (Abb. 4), einem zylindrischen Stahlkörper, der innen mit Schamottsteinen ausgekleidet ist. 2, Im oberen Teil befindet sich eine Düse aus Porzellanringen 3, Förderung einer gleichmäßigen Reaktion. Die halbe Höhe des Innenraums des Elektrolysegeräts nimmt ein offener vertikaler Keramikzylinder ein 4 mit Löchern am Boden, in die mit einem verengten Ring ein rohstoffführendes Keramikrohr abgesenkt wird. Der Prozess beginnt mit dem Vorheizen des Inneren des Chlorierers (um die Reaktion einzuleiten). Die Erhitzung erfolgt durch Verbrennen eines Teils des mit Luft vermischten Methans und anschließendes Ersetzen der Luft durch Chlor. Anschließend verläuft die Reaktion autotherm. Die Chlorierungsprodukte werden aus dem oberen Teil der Apparatur entfernt, anschließend wird Chlorwasserstoff aus dem Gasgemisch in Säureabsorbern mit Wasser aufgefangen (es entsteht Salzsäure), das Gasgemisch wird mit Alkali neutralisiert, gefriergetrocknet, komprimiert und verflüssigt tiefe kühlung. Einzelne Produkte werden aus einem flüssigen Gemisch, das 28–32 % Methylchlorid, 50–53 % Methylenchlorid, 12–14 % Chloroform und 3–5 % Tetrachlorkohlenstoff enthält, mittels Rektifikation isoliert.

Alle chlorierten Methanverbindungen werden häufig verwendet. So wird Methylchlorid CH 3 C1 als Lösungsmittel bei der Herstellung von Butylkautschuk, als Methylierungsmittel in der organischen Synthese verwendet, um Methylchlorsilane zu erhalten, die als Ausgangsmaterial bei der Herstellung von Organosiliciumpolymeren – Silikonen – dienen. Methylenchlorid CH 2 C1 2 ist ein wertvolles industrielles Lösungsmittel für Celluloseacetat, Fette, Öle, Paraffin, Kautschuke; Es ist nicht brennbar und bildet mit Luft keine explosionsfähigen Gemische.

CHLORIERUNG VON BENZOL

Durch die Chlorierung von Benzol erhält man je nach Chlorierungsbedingungen Monochlorbenzol oder andere chlorierte Derivate. So entsteht bei 310–330 K und einem Molverhältnis von Benzol und Chlor von 1:0,6 an einem Eisenkatalysator Monochlorbenzol; mit einem geringeren Verhältnis und einem A1C1 3-Katalysator wird hauptsächlich o-Dichlorbenzol gewonnen (wird bei der Synthese von Farbstoffen und Schädlingsbekämpfungsmitteln verwendet); Bei der gleichen Temperatur wird unter ultravioletter Bestrahlung Hexachlorcyclohexan erhalten. In Abb. Abbildung 5 zeigt ein Schema für die Herstellung von Chlorbenzol unter Abführung der Wärme der exothermen Reaktion aufgrund der Verdampfung von überschüssigem Benzol.

Die Chlorierung erfolgt in einer zylindrischen Stahlapparatur.

Das Problem der Verwendung von Chlorwasserstoff, der bei den Prozessen der Chlorierung von Kohlenwasserstoffen entsteht

Chlorwasserstoff ist ein Abfallprodukt aus der Chlorierung von Paraffin und aromatischen Kohlenwasserstoffen aus der Ölraffinierung, das in der industriellen organischen Synthese weit verbreitet ist. Recycling ist eine dringende Aufgabe im Zusammenhang mit der Senkung der Kosten für Chlorierungsprodukte, der Verbesserung der Hygienebedingungen und der Bekämpfung von Metallkorrosion.

Ein Teil des Chlorwasserstoffs wird zur Herstellung von Salzsäure durch Gegenstromabsorption von HC1 mit Wasser verwendet. Der lokale Bedarf an Salzsäure ist jedoch in der Regel deutlich geringer als die Möglichkeiten seiner Herstellung aus Chlorwasserstoff. Der Transport von Salzsäure über weite Strecken ist aufgrund ihrer hohen Korrosionsfähigkeit schwierig.

Eine vielversprechende Möglichkeit zur Nutzung von HC1 ist die Methode der oxidativen Chlorierung. In der modernen Industrie wird Vinylchlorid auf folgende Weise aus Ethylen synthetisiert: In einem oxidativen Chlorierungsreaktor wird Ethylen in 1,2-Dichlorethan umgewandelt, bei dessen katalytischer Zersetzung Vinylchlorid entsteht; Das dabei gebildete HC1 wird erneut dem Reaktor zugeführt:

2CH 2 = CH 2 + 4HC1 + O 2 ® 2CH 2 C1-CH 2 C1 + 2H 2 O, ΔH = –238 kJ/mol CH 2 C1-CH 2 C1 ® CH 2 = CHCI + HC1.

Der Prozess der oxidativen Chlorierung erfolgt bei 530–570 K in Gegenwart eines Katalysators (Kupferchlorid auf einem inerten Träger); Die Pyrolyse von Dichlorethan erfolgt bei 770 K an einem porösen Katalysator (Bimsstein).

In Abb. Abbildung 6 zeigt ein vereinfachtes Schema für die Synthese von Vinylchlorid aus Ethylen. Im Mixer 1 Ethylen, Kreisgas und Chlorwasserstoff werden mit Sauerstoff vermischt und dem Reaktor zugeführt 2 mit Wirbelkatalysator; Die Dämpfe des resultierenden Dichlorethans und des nicht umgesetzten Ethylens, Sauerstoffs und HCl werden in einem Kühlschrank mit Direktmischung gekühlt 3 eine Mischung aus Wasser und Dichlorethan aus dem Kühlschrank 4. Anschließend durchläuft das Gas-Dampf-Gemisch einen heißen alkalischen Wäscher 5, in dem es von HCl und CO 2 gereinigt wird, in einem Kühlschrank abgekühlt und durch einen Gasabscheider geleitet wird 6, wird von Gasen – einem Gemisch aus Ethylen und Sauerstoff – getrennt, die in den Reaktor zurückgeführt werden (Kreislaufgas). Dichlorethan wird im Abscheider 7 vom Wasser getrennt und gelangt in die Trocknungskolonne 8, Dort wird es mittels azeotroper Destillation schließlich entwässert und einer Destillationskolonne zugeführt 9; Dichlorethan wird in einem Sammler gesammelt 10. Die anschließende Pyrolyse von Dichlorethan zur Herstellung von Vinylchlorid erfolgt in einem Röhrenofen 11 ; Das Reaktionsgemisch aus dem Ofen gelangt in den Direktmischkühlschrank, wird durch die Zirkulation von gekühltem Dichlorethan gekühlt und durchläuft nach dem Durchströmen den Kühlschrank 4, gelangt in die Destillationskolonne 12, Dabei wird HC1 abgetrennt, das in den oxidativen Chlorierungsreaktor zurückgeführt wird, und Vinylchlorid und nicht umgesetztes Dichlorethan werden in einer Destillationskolonne abgetrennt 13; Dichlorethan wird in die Kolonne zurückgeführt 9, und Vinylchlorid wird zur Polymerisation geschickt.

Von erheblichem Interesse für das Recycling ist der Zusammenschluss von Unternehmen auf der Basis von Erdölraffinierungsgasen, insbesondere die gemeinsame Verarbeitung von Ethylen und Acetylen sowie Vinylchlorid; Chlorwasserstoff, der bei der Herstellung von Vinylchlorid aus Ethylen entsteht, wird zur Hydrochlorierung von Acetylen verwendet:

CH 2 = CH 2 + C1 2 ® CH 2 C1-CH 2 C1 (Pyrolyse) ® CH 2 = CH 1 + HCI

СНºСН + HC1 ® СН 2 = СНС1

Eine wirtschaftliche Möglichkeit zur Nutzung von Chlorwasserstoff besteht darin, die Methanchlorierung mit der oxidativen Chlorierung zu kombinieren, um chlorsubstituiertes Methan zu erhalten:

CH 4 + 4С1 2 ® CCI 4 + 4HCI

CH 4 + 4HC1 + O 2 ® SS! 4 + 2H 2 O

Neben Tetrachlorkohlenstoff entstehen bei diesem Prozess Methylenchlorid und Chloroform. Tetrachlorkohlenstoff wird als Lösungsmittel, in der Landwirtschaft (Begasungsmittel), zum Löschen von Bränden usw. verwendet. Chloroform ist ein wertvolles Zwischenprodukt bei der Synthese von Phenolen, Fluorkunststoffen usw.

Chlorbenzol wird auch durch oxidative Chlorierung aus einem Dampf-Gas-Gemisch aus Benzol, Chlorwasserstoff und Luft (Sauerstoff) bei 500 K an einem Mischkatalysator (A1 2 O 3 - CuC1 2 - FeCl 3) gewonnen:

C 6 H 6 + HC1 + 1/ 2 O 2 ® C 6 H 5 C1 + H 2 O

Um Chlorwasserstoff zu nutzen, können Sie dessen elektrochemische Oxidation zu Chlor nutzen.

Es wurden ein Chrom-Cäsium-Katalysator und ein Verfahren zu seiner Verwendung für die Oxidation von Chlorwasserstoff zu Chlor, d. h. die Regenerierung von Chlor aus Abgasen der Chlorierung organischer Verbindungen, vorgeschlagen.

ACETYLEN-HERSTELLUNG UND SEINE VERARBEITUNG

Die Herstellung von Acetylen durch Zersetzung von Calciumcarbid erfolgt in Acetylengeneratoren im Nass- und Trockenverfahren nach der Reaktionsgleichung:

CaC 2 + 2H 2 O ® C 2 H 2 + Ca (OH) 2 ΔH = –127 kJ.

Bei der Nassmethode in Generatoren, die nach dem Prinzip „Karbid in Wasser“ arbeiten, wird zerkleinertes Calciumcarbid gleichmäßig einem Generator mit einer großen Menge Wasser zugeführt, durch dessen Erwärmung die während des Prozesses freigesetzte Wärme abgeführt wird. Die in diesem System verwendete Ausrüstung und insbesondere die Kommunikationsmittel zur Entfernung des entstehenden Schlamms und die Wasserzirkulation sind sehr umständlich. Darüber hinaus bereitet der Transport und die Verwendung flüssiger Kalkmilch, die bis zu 70 % Wasser enthält, große Schwierigkeiten.

Es wurden auch wirksame industrielle Methoden zur Herstellung von Acetylen aus Kohlenwasserstoffen entwickelt. Acetylen aus Paraffinen entsteht durch die folgenden reversiblen endothermen Reaktionen:

2CH 4 D C 2 H 2 + H 2 ΔH = 376 kJ

C 2 H 6 D C 2 H 2 + 2H 2 ΔH = 311 kJ

C 3 H 8 D C 2 H 2 + CH 4 + H 2 ΔH = 255 kJ

CH 4 D C + 2H 2 ΔH = 88 kJ

Reaktion (d) ist eine Nebenreaktion.

Mit steigender Temperatur verschiebt sich das Reaktionsgleichgewicht in Richtung der Bildung von Acetylen. Ein hoher Gleichgewichtsumwandlungsgrad für Methan wird bei T>1670 K erreicht, für Ethan bei 1170 K. Bei Temperaturen >1680 K werden Acetylen und Kohlenwasserstoffe jedoch instabil und zerfallen in Ruß und Kohlenstoff.

Die Reaktion der Umwandlung von Methan in Acetylen bei in der Produktion akzeptierten Temperaturen von 1670–1770 K verläuft schneller als die Reaktion der Zersetzung von Acetylen in Elemente, daher werden die Reaktionsprodukte schnell abgekühlt, was dazu beiträgt, die Zersetzung von Acetylen zu verhindern; für die Für den gleichen Zweck werden hohe volumetrische Gasgeschwindigkeiten verwendet, bei denen sich das Rohmaterial nur für Tausendstelsekunden in der Reaktionszone befinden muss.

Je nach Art der Wärmezufuhr zur Durchführung der exothermen Reaktion der Acetylenbildung werden folgende Verfahren zur Durchführung des Verfahrens unterschieden: 1) Elektrocracken von gasförmigen Kohlenwasserstoffen oder flüssigen Produkten; 2) homogene Pyrolyse; 3) thermisch-oxidative Pyrolyse.

Elektrocracken wird mit einem Voltaic-Lichtbogen in Gleichstrom-Lichtbogenöfen durchgeführt.

Homogene Pyrolyse besteht in der Zersetzung von Rohstoffen in einem Strom heißer Rauchgase bei einer Temperatur von etwa 2200 K.

Bei der thermooxidativen Pyrolyse Die nötige Wärme wird durch die Verbrennung eines Teils des Methans gewonnen.

Die Hauptnachteile des Carbidverfahrens zur Herstellung von Acetylen sind der hohe Energieverbrauch bei der Herstellung von Calciumcarbid und eine erhebliche Menge an verbrauchten Rohstoffen (Kalkstein und Koks), die in mehreren Stufen verarbeitet werden. Gleichzeitig entsteht beim Karbidverfahren konzentriertes Acetylen, dessen Reinigung von kleinen Verunreinigungen keine Schwierigkeiten bereitet.

Bei der thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen wird eine geringere Menge an Ausgangsmaterial verwendet, das in einem Schritt in Acetylen umgewandelt wird. Das Acetylen ist jedoch verdünnt und erfordert ein komplexes System zu seiner Reinigung und Konzentration. Es ist zu beachten, dass das Karbidverfahren etwa 70 % der weltweiten Acetylenproduktion produziert.

Für die Primärverarbeitung von Acetylen gibt es folgende Hauptmethoden.

Flüssigkeitszufuhr:

a) zur Herstellung von Acetaldehyd und Essigsäure (Katalysator (HgSO 4):

b) zur Herstellung von Aceton (ZnO-Katalysator auf Aktivkohle)

2CH = CH + 3H 2 O ® CH 3 COCH 3 + CO 2 + 2H 2

Polymerisation in lineare und zyklische Substanzen umgewandelt, um synthetische Kautschukmonomere und -fasern zu erhalten.

Chlorierung um Lösungsmittel und Monomere zu gewinnen.

Vinylierung mit Acetylen verschiedene Stoffe zur Herstellung von Monomeren:

ROH ® ROCH=CH 2

RCOOH ® RCOOCH=CH 2